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在本文中，我們提出了一種簡(jiǎn)單的低成本的濕式化學(xué)蝕刻工藝，它促進(jìn)了銀金屬團(tuán)簇的存在，并應(yīng)用于n型（100）硅和商用硅太陽(yáng)能電池。樣品處理分兩個(gè)步驟進(jìn)行：首先通過(guò)在金屬鹽溶液中的浸沒(méi)時(shí)間來(lái)控制金屬顆粒的形成（步驟1），其次通過(guò)控制蝕刻時(shí)間（步驟2），根據(jù)蝕刻參數(shù)，可以在大尺度上實(shí)現(xiàn)不同深度的表面紋理，這種蝕刻工藝是一個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單和廉價(jià)的工藝，有望提高光伏器件的效率。

濕蝕刻是通過(guò)將硅（100）型和硅太陽(yáng)能電池浸泡在硝酸銀5%m/m和HF5m的混合物中，在室溫下給定一段時(shí)間（步驟1），然后將樣品浸入過(guò)氧化氫為5%m/m和HF5m的第二種水溶液中一定時(shí)間，范圍為30s~10min（步驟2）。

利用原子力顯微鏡研究了樣品表面的形貌，用WiTecAlpha300AR顯微鏡以硅懸臂尖的交流/敲擊和接觸模式記錄樣品的AFM圖像。使用制造商提供的WiTec2.06軟件對(duì)樣品表面進(jìn)行圖像處理。在總反射模式下使用分光光度計(jì)（包括漫反射光和漫反射光和鏡面光），并計(jì)算不透明樣品的吸收(A)(=100%-R)。該儀器使用積分球、光源和測(cè)量反射率的參考樣品來(lái)測(cè)量光譜反射率。該儀器的光譜范圍為200~900nm，分辨率小于1nm。

我們使用單晶n型硅晶片作為襯底，與單晶硅太陽(yáng)能電池的性質(zhì)幾乎相同。在這兩種情況下，蝕刻都是在n型層上進(jìn)行的。在蝕刻過(guò)程中，帶有銀顆粒的襯底被浸沒(méi)在高頻溶液和氧化劑溶液中，MACE方法可以通過(guò)兩個(gè)依賴(lài)于電子空穴的產(chǎn)生和輸運(yùn)的過(guò)程來(lái)解釋?zhuān)@兩個(gè)過(guò)程是通過(guò)銀粒子和電解質(zhì)溶液界面上的氧化還原反應(yīng)形成的。

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圖1

通過(guò)掃描樣品，記錄表面的地形圖像，并可用于粒子成像和尺寸。對(duì)于n型（100）Si的10μm×10μm表面的掃描分辨率為512×512，通過(guò)原子力顯微鏡形貌圖像的粒子分析，金屬納米顆粒呈近似球形顆粒，尺寸分布如圖1a和1b所示。硝酸銀/HF溶液浸沒(méi)時(shí)間對(duì)n型（100）Si上的直徑有顯著影響。在圖3顯示了在硝酸銀為5%m/m和HF5m處理18秒后，沉積在n型（100）Si上的晶體銀納米顆粒的x射線(xiàn)衍射(XRD)模式。利用最強(qiáng)衍射峰（111）計(jì)算了晶粒尺寸。

圖2

對(duì)于Si（100）晶片樣品（Si-18/0、Si18/30和Si-18/120），在300至800nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)，反射率值低于拋光的Si晶片（Si-0/0），在硅晶片樣品（Si18/0）表面的銀納米顆粒的存在可以有效地降低反射率。這種效應(yīng)與在平面Si表面使用金納米顆粒和SiNP紋理表面的報(bào)道結(jié)果相似。

為了測(cè)量樣品的I-V曲線(xiàn)，我們制作了具有不同蝕刻時(shí)間的商業(yè)硅太陽(yáng)能電池表面紋理化的陣列，在不同的蝕刻時(shí)間制備樣品，并在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下測(cè)量其電性能，入射輻射功率密度為1000W/m2。并且也繪制了未經(jīng)處理的太陽(yáng)能電池樣品、僅含銀納米顆粒樣品和多孔紋理樣品的J-V特征，參考太陽(yáng)能電池(SC-Ref)的開(kāi)路電壓為525mV，短路電流密度為36.9mA/cm2，效率為12.7%。為了更好地理解效率與細(xì)胞吸收率之間的變化情況，在長(zhǎng)時(shí)間蝕刻時(shí)，由于光捕獲特性，可以觀察到a的增加，然而改良后的太陽(yáng)能電池的效率降低了，這種效應(yīng)與改善的吸收和增加的表面重組之間的競(jìng)爭(zhēng)有關(guān)，這表明這種增強(qiáng)的吸收可能是由表面重組所主導(dǎo)的。

總之，我們?cè)诠杈A和商業(yè)硅太陽(yáng)能電池上，通過(guò)兩步銀輔助化學(xué)蝕刻工藝制備了一個(gè)紋理表面，采用濕化學(xué)工藝合成銀納米顆粒，將兩種底物均浸在含有HF和過(guò)氧化氫的溶液中，銀NP在硅晶片上呈近似球形的顆粒，原子力顯微鏡圖像顯示襯底表面有大量孔，尺寸分布均勻，對(duì)于硅片和商用硅太陽(yáng)能電池，反射率測(cè)量結(jié)果表明，在較長(zhǎng)的刻蝕時(shí)間下，總反射率降低。我們發(fā)現(xiàn)，在銀鹽酸溶液中浸泡18秒，在蝕刻溶液(SC-18/30)中浸泡30秒，達(dá)到了獲得最佳太陽(yáng)能電池效率所需的最佳實(shí)驗(yàn)條件。